Biological control of internal pH in scleractinian corals: Implications on paleo-pH and paleo-temperature reconstructions

Elemental ratios and isotopic compositions of scleractinian corals are often used as proxies for the pH and the temperature of seawater from which they calcified. Nevertheless, these ratios recorded in the coral skeleton are offset from the ratios expected for equilibrium, due to vital effects. Ion microprobe δ11B measurements were performed in a modern tropical coral, Porites lutea, and in a Mediterranean coral, Cladocora caespitosa, grown under two different pCO2. We show that the δ11B variations measured at micrometer scale are principally controlled by biology via modification of the pH near the calcification sites. The range of calculated pH allows to reproduce the range of δ18O measured in corals via a kinetic model of oxygen isotopic equilibrium between water and DIC. Thus we show that temperature does not seem to be the primary control of the δ18O variations in coral, though the constants of reaction and the isotopic fractionation values obviously depend on temperature.

RésuméLes compositions élémentaires et isotopiques des coraux scléractiniaires sont souvent utilisées comme traceur des conditions environnementales dans lesquelles ils ont calcifié. Néanmoins, ces compositions chimiques ou isotopiques sont souvent différentes de celles attendues pour l’équilibre, cette différence étant attribuée aux effets vitaux. Des mesures de δ11B par sonde ionique ont été réalisées dans un corail tropical moderne, Porites lutea, et dans un corail méditerranéen, Cladocora caespitosa, poussé sous deux conditions de pCO2. Nous montrons que les variations mesurées sont principalement dues à la biologie via la modification du pH près des sites de calcification. La gamme de pH calculée nous permet de reproduire la gamme de δ18O mesurée dans le corail P. lutea par le biais d’un modèle cinétique d’équilibre isotopique d’oxygène entre l’eau et le CID. Ainsi, nous montrons que la température ne semble pas être le facteur déterminant des variations de δ18O dans les coraux, même si les constantes d’équilibre et les fractionnements isotopiques dépendent, eux, de la température.